(57)【要約】【課題】ボア間のクリアランスが厳しいエンジンにも適用可能な金属ガスケットを提供する。【解決手段】各燃焼室孔２ａ、２ｂの周縁に沿って板厚が厚い増厚部６，７を形成し、さらにその外周を囲繞するように、金属ビードとゴムビードとの合成からなる合成ビードを形成した金属ガスケットである。隣り合う燃焼室孔２周りの各増厚部６，７の増厚方向を互い逆向きに設定し、かつ、隣接する燃焼室孔２の間である孔境界部においては、両燃焼室孔の合成ビードを合流させて共通の一つの合成ビード１５にすると共にその孔境界部Ｘに位置する合成ビード１５の金属ビード１４をハーフビードとする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃焼室孔が隣接して開口した金属板を基板とし、各燃焼室孔の周縁に沿って板厚が厚い増厚部を形成し、さらにその外周を囲繞するようにビードを形成し、そのビードは、基板を屈曲してなる金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードと共にバネ力を発生可能な弾性シール材からなるゴムビードとの合成ビードで構成される金属ガスケットであって、
少なくとも隣接する２つの燃焼室孔周りにおいて、
隣り合う燃焼室孔周りの各増厚部の増厚方向を互い逆向きに設定し、かつ、隣接する燃焼室孔の間である孔境界部においては、両燃焼室孔の合成ビードを合流させて共通の一つの合成ビードにすると共にその孔境界部に位置する合成ビードの金属ビードをハーフビードとしたことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
少なくとも隣接する２つの燃焼室孔周りにおいて、隣り合う燃焼室孔周りの合成ビードの各金属ビートについて、一方の合成ビードの金属ビードをフルビードとすると共に他方の合成ビードの金属ビードをハーフビードとすることを特徴とする請求項１に記載した金属ガスケット。
【請求項３】
上記孔境界部に位置する増厚部の幅を、他の位置の増厚部部分よりも狭くしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載した金属ガスケット。
【請求項４】
増厚部の幅について、上記孔境界部に位置する幅狭の部分と他の位置の増厚部部分との接合部分の幅を、上記他の位置の増厚部部分よりも幅広としたことを特徴とする請求項３に記載した金属ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を構成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの対向する接合面間に介挿されて当該接合面間をシールするのに有用な金属ガスケットに係り、ビードとして金属ビードと弾性シール材からなるゴムビードとの合成バネ力でシールすることにより基板の剛性が低い金属ガスケットに有用な技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の燃焼室孔が開口した金属ガスケットとしては、例えば特許文献１に記載のガスケットがある。この金属ガスケットは、ステンレス鋼板や軟鋼板などの薄肉金属板から基板を構成し、その基板に対し燃焼室孔、ボルト孔、オイル孔、水孔等の各種の孔を開口し、更に、シールが必要な孔の周囲をシールラインに沿って凸状のフルビードやステップ状のハーフビードの一方の形状からなる金属ビードで囲繞し更に、その金属ビードの上下両面に耐熱性と弾力性を有する弾性シール材を配置して、金属ビードと弾性シール材によるゴムビードとからなる合成ビードの合成弾力でシールしている。そして、合成弾性でシールすることで基板の剛性や締付けトルクの低減を図ることが出来る結果、エンジンの小型化やアルミ化に有効に対応することが出来る。
【０００３】
また、燃焼室孔の外周を囲繞するように、基板に板を積層して増厚する増厚部を配置する。その増厚部は、ボア内の高圧の燃焼ガスをシールすると共に当該増厚部より外側を囲繞するビードの過圧縮を制限する役目を有している。ここで、一般には、各燃焼室孔周りの増厚部は同一方向に増厚されており、また、各ビードもその増厚方向に凸部が向くように設定されている。
【０００４】
そして、隣接する燃焼室孔の間である孔境界部においては、当該隣接する燃焼室孔に共通した上記合成ビードを一本だけ設けると共に、上記孔境界部における燃焼室孔周縁に沿った増厚部の幅を隣接する燃焼室孔間のクリアランスに応じた幅としたものである。なお、合流する２つの金属ビードがともにハーフビードであっても、合流後の金属ビードはフルビードとなっていた。
【０００５】
これにより、エンジンの軽量小型化に伴う隣接する燃焼室孔間のクリアランスが厳しくなっても、目的とするシールを確保すると共に、従来よりも締付け軸力を低減しても、隣接して配置される各燃焼室孔周縁を十分にシール可能となる。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００３／０８５２９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、近年、エンジンの進化は加速され、更なる小型軽量化、高性能化が進む結果、ボア間が更に狭く設計されて、上記のような金属ガスケットであっても対応出来なくなるおそれがある。例えばエンジンのボア間のガスケット製品幅が４ｍｍを切るような要求がある場合、ボア間に上記増厚部と金属ビードとゴムビードとの合成ビードを配設することが出来ないおそれがあるが、この場合であっても、ボア間のシールをすることが要求される。
本発明は、このような点に着目してなされたもので、ボア間のクリアランスが厳しいエンジンにも適用可能な金属ガスケットを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本願発明のうち請求項１に記載した発明は、複数の燃焼室孔が隣接して開口した金属板を基板とし、各燃焼室孔の周縁に沿って板厚が厚い増厚部を形成し、さらにその外周を囲繞するようにビードを形成し、そのビードは、基板を屈曲してなる金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードと共にバネ力を発生可能な弾性シール材からなるゴムビードとの合成ビードで構成される金属ガスケットであって、
少なくとも隣接する２つの燃焼室孔周りにおいて、隣り合う燃焼室孔周りの各増厚部の増厚方向を互い逆向きに設定し、かつ、隣接する燃焼室孔の間である孔境界部においては、両燃焼室孔の合成ビードを合流させて共通の一つの合成ビードにすると共にその孔境界部に位置する合成ビードの金属ビードをハーフビードとしたことを特徴とするものである。
【０００８】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、少なくとも隣接する２つの燃焼室孔周りにおいて、隣り合う燃焼室孔周りの合成ビードの各金属ビートについて、一方の合成ビードの金属ビードをフルビードとすると共に他方の合成ビードの金属ビードをハーフビードとすることを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載した構成に対し、上記孔境界部に位置する増厚部の幅を、他の位置の増厚部部分よりも狭くしたことを特徴とするものである。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した構成に対し、増厚部の幅について、上記孔境界部に位置する幅狭の部分と他の位置の増厚部部分との接合部分の幅を、上記他の位置の増厚部部分よりも幅広としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エンジンの更なる軽量小型化で隣接する燃焼室孔間のクリアランスが厳しくなっても、確実に目的のシールを確保することができる金属ガスケットを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る金属ガスケット３０を示す部分平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ′線での断面図つまり孔境界部Ｘにおける断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ′線での部分断面図である。図４は、Ｃ−Ｃ′線での部分断面図である。
【００１１】
（構成）
本実施形態の金属ガスケット３０は、多気筒を有する内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの対向する接合面間に介挿される金属ガスケットの例である。
その金属ガスケット３０の基板１の素材としては、例えばステンレス鋼板または軟鋼板、アルミニウム板等の金属薄板を適宜、採用可能であるが、ここでは、ビードとして後述のような合成ビードを採用する結果、剛性の低い軟鋼板を使用することができる。
【００１２】
その基板１の中央部には、図１に示すように、長手方向に沿って、複数個の燃焼室孔２が配列している。また、燃焼室孔２よりも基板１の外周側には複数個のボルト孔３，水孔４、及びオイル孔５が開口している。
また、各燃焼室孔２の開口端部全周は、上方若しくは下方に折り返されて最も肉厚の厚い増厚部６，７が形成され、これにより、他の基板部分との間に板厚差が設けられてビードに対する過圧縮を防止するストッパとなる。各増厚部６，７は対応する燃焼室孔２の外縁全周を個別に囲繞している。
【００１３】
そして、本実施形態では、各増厚部６，７の増厚方向つまり折り返し方向が、隣り合う燃焼室孔２毎に反対方向となるように設定してある。例えば図１にあっては、左端の燃焼室孔２（以下、第１燃焼室孔２ａと呼ぶ場合もある。）周りの増厚部６では上方に折り返し、その隣りの燃焼室孔２（以下、第２燃焼室孔２ｂと呼ぶ場合もある。）周りの増厚部７では下方に折り返して、隣り合う燃焼室孔２周りの増厚部６，７の増厚方向を互いに逆向きとしている。すなわち、左からみて奇数番目の燃焼室孔２ａ周りでは上方に増厚し、偶数番目の燃焼室孔２ｂ周りでは下方に増厚している。
【００１４】
さらに、増厚部６，７の近傍外側において、各燃焼室孔２の外周を囲繞するように、内周側シールラインＬ１が設定される。また、上記水孔４及びボルト孔３の外側やオイル孔５の周りに外周側シールラインＬ２が設定されている。
上記燃焼室孔２の外周に配置された各内周側シールラインＬ１は、図１のように、水孔４やボルト孔３よりも内周側に配置されると共に、隣接する燃焼室孔２の間である孔境界部Ｘにおいては、両者のシールラインは合流して共通の１本のシールラインとなっている。
【００１５】
そして、上記内周側シールラインＬ１に沿って、図３及び図４のように、基板１を板厚方向に屈曲成形して形成された凸状のフルビード若しくはハーフビードからなる金属ビード１０，１１が形成されている。また、上記金属ビード１０，１１の凸部側の基板１表面に弾性シール材１２が固着すると共に、各凸部側の裏側に位置する凹部内にも同様の弾性シール材１３が充填されている。上記弾性シール材１２，１３は、例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴムなどのゴム材料や樹脂材料など、耐熱性及び弾性を有する素材からなる。
【００１６】
上記フルビード若しくはハーフビードの各凸部側に固着された弾性シール材１２は、金属ビード１０，１１の凸部表面の両側を覆うと共に若干凸部に連続する平坦部も覆うように設定されている。すなわち、本実施形態では、凸部側の弾性シール材１２の幅は、金属ビード１０，１１の幅よりも若干広めに設定されている。もっとも、金属ビード１０，１１の幅と同等の幅に設計しても良い。また、当該弾性シール材１２の高さは、金属ビード１０，１１の高さと略々と高さとされている。ここで、上述のように金属ビード１０，１１の凸部に連続する基板１の平坦部にも、金属ビード１０，１１の高さ相当の弾性シール材１２を設けても良いが、弾性シール材１２からなるゴムビームの幅が金属ビード１０，１１の幅の１．５倍程度以下に収まるようにすることが好ましい。また、金属ビード１０，１１及び弾性シール材１２の高さは、増厚部６，７の厚さまで圧縮された時に、両面に設けられた弾性シール材１２の圧縮率が例えば４０％以内に収まるように設定されて、当該弾性シール材１２，１３が圧縮破壊することを防止する。
【００１７】
そして、本実施形態では、第１燃焼室孔２ａ周りの合成ビードの金属ビード１０を、図３に示すように、増厚部６の増厚方向（上方）を凸部としたフルビードとし、また、第２燃焼室孔２ｂ周りの合成ビードの金属ビード１１を、図４に示すように、増厚部７の増厚方向（下方）を凸部としたハーフビードとして加工する。
このように、隣り合う燃焼室孔２周りの金属ビードについて、一方をフルビード１０とし他方をハーフビード１１とすることで、孔境界部Ｘの入り口で合流させると、図２及び図５のように、孔境界部Ｘに位置する共通の合成ビード１５の金属ビード１４をハーフビードとすることが出来る。
【００１８】
ここで、合流させる２つの金属ビード１０，１１が、ともにフルビード若しくはハーフビードとした場合には、合流した金属ビードは一般にフルビードとなる。これに対し、本実施形態では、一方をハーフビード１１、他方をフルビード１０とすることで、合流した金属ビード１４をハーフビードとすることが出来る。
また、合流部で、図５のように、フルビードのセンターライン２１の頂部の高いラインと、ハーフビードの高い面ライン２２とを合流させるので、フルビード内側の低い部分と燃焼室孔２間のハーフビードの低い部分までが滑らかに接合されることとなる。
【００１９】
そして、本実施形態のガスケット１０は、ボア間のクリアランスが厳しいエンジンに適用するガスケットを想定しているため、燃焼室孔２間のクリアランスが大幅に狭くなっている。これに、より対応させるために、図５にあっては、孔境界部Ｘにおける増厚部６ａ，７ａの幅を、他の増厚部６，７の部分よりも狭く設定している。図５では、左右の増厚部６ａ、７ａ間のクリアランスが一定となるような方法または緩やかな円弧を結び中央部を狭くする（例えば、増厚部６ａ、７ａの内側のラインが直線や緩やかな円弧を結ぶようにする）、孔境界部Ｘでの幅を、孔境界部Ｘの中央に向かうほど小さくなるように設定して、確実に両増厚部６ａ，７ａ間に合成ビード１５を配置する幅を確保している。また、中央部のビード幅を狭くすると、弾性シール材との合成バネ常数が上がるので、構造上、面圧発生が弱くなる中央部の面圧を上げることが出来てボア間の面圧の平均化を図ることが出来る。
【００２０】
ここで、図６のように、孔境界部Ｘの両側部分、つまり孔境界部Ｘの幅狭の増厚部６ａ，７ａと、他の位置の増厚部６，７のとの接合部分の増厚部６ｂ、７ｂの幅を、他の位置の増厚部よりも幅広としてもよい。このようにすると、上記孔境界部Ｘの位置の幅狭（面積が小さい）の増厚部６ａ、７ａの補償をすることとなる。すなわち、孔境界部Ｘの幅が中央部で狭く面積の減少部を両端部６ｂ、７ｂで幅を広げて面圧の分散を図ることができる。
【００２１】
つまり、孔境界部Ｘの増厚部の面積を減少させエンジンに装着締結されて運転時の高温も手伝い高い面圧となり過圧縮になりエンジン面の陥没する恐れが有る時に、ビード合流部近傍に位置する上記接合部分の接合部分６ｂ、７ｂを幅広にして増厚部面積を増大させて面圧の集中を分散させ陥没を防止する。
なお、各増厚部６，７の周方向に沿った厚さは、ボルト締付け時に周方向に沿った面圧が均等に近づくように、周方向に沿って抑揚がつくように変化させてもよい。すなわち、ボルト孔３に近い位置の高さを相対的に低く、ボルト孔３から離れるにつれて相対的に高くなるように鍛造などで高さ調整を行う。また、孔境界部Ｘ位置については、相対的に高くして面圧を稼ぐことで、面圧の均一化を図る。
【００２２】
ここで、本実施形態では、基板１の材料として剛性が低い軟鋼が採用できる結果、増厚部６，７を形成するための折り返し加工が容易になると共に、増厚部６，７の高さ調整も容易であると共に材料硬度を低くすることで曲げＲ部の疲労破壊を抑えることが出来る。
なお、外周側シールラインＬ２についても、上記と同様な合成ビードが形成されている。この外周側シールラインに沿ったビードは金属ビード１０，１１だけから構成されていても良い。なお、図１中、符号１８は基板１の外周に形成した第２の増厚部である。
また、基板１の防錆対策として、基板１の端面や各孔の断面も含めてメッキ仕上げを施す方法や、冷却水に接触する部分全体や内周側シールラインＬ１より外側で腐食する心配のある部分に対し、極薄のゴム被膜を成型被覆しても良い。
【００２３】
（作用・効果）
エンジンの更なる小型軽量化で、隣接するボア間のクリアランスがさらに小さくて、隣接する燃焼室孔２間のクリアランスが小さくなったとしても、本実施形態では、孔境界部Ｘには、共通の１本の合成ビード１５だけが配置されると共に、その合成ビード１５の金属ビード１４がハーフビードとなることで、孔境界部Ｘに位置する合成ビード１５の幅をより狭くすることが出来る。この結果、燃焼室孔２間のクリアランスをより小さく設定出来る。
【００２４】
更に、孔境界部Ｘの増厚部の幅を狭くすることで、さらに燃焼室孔２間のクリアランスを小さく設定することが可能となる。
また、上記共通の合成ビード１５を孔境界部Ｘに配置することで、燃焼室孔２間のガスの流通をより有効に遮断することが出来る。すなわち、狭いボア間において完全に２重シール構造を持つ狭いガスケットを提供できる。
【００２５】
ここで、上記合成ビードの弾性シール材１２，１３からなるゴムビードの役割は、先ず、燃焼室孔２側からの高圧ガスが、増厚部６，７と対向する接合面部分にあるツールマークの微細な溝を通って漏れてくることがあっても、内周側シールラインＬ１位置にあっては、弾性シール材１２，１３の弾性変形によって溝が埋まっているので、高圧ガスの漏れを水孔４側に移動することを完全に遮断してシールすることができる。
【００２６】
また、内周側シールラインＬ１の反対側（外周側）から冷却水が侵入して来ても柔軟性の有るゴムビードがツールマークまでも完全に遮断してシールすることが出来る。ここで、凹部に充填されている弾性シール材１２，１３は冷却水に直接接触することが無いので変質することが無い。一方、凸部側の弾性シール材１２は、金属ビード１０，１１より水孔４に近い部分の端面は冷却水に接触し、仮に指定した冷却水が使用されないことで当該冷却水と接触した部分が変質して、その部分の弾性シール材１２の性能が経時的に低下しても、金属ビード１０，１１より内側部分の弾性シール材１２部分は、金属ビード１０，１１の凸部によって分離されることで冷却水に直接接触することがないため、長期的に完全シールが保証出来る。さらに、ゴムビード幅について、例えば狭い凹部側の弾性シール材１３の幅が２．５ｍｍ前後としても、凸側の幅は更に広く設計出来るため、鋳巣孔がビード幅を超えない限り、シールすることができる。また、搬送中に起こるシール面傷がビード幅を跨ぐように形成されていても、ゴムビードによって面シールすることでシール面疵を塞いで完全にシールすることが可能である。
【００２７】
また、本実施形態では、軟鋼からなる金属ビード１０，１１と軟質の弾性シール材１２，１３からなるゴムビードとの合成バネによるシールであるため、極端な高面圧は望めないがゴムビード幅を広くしたり、ゴムの硬度を上げたりすることで、ある程度調整が出来る。また、両接触面が軟質の弾性シール材１２，１３である為にガスケット係数も小さくできる結果、大きな荷重を必要とせず全体の締め付け荷重を低減、つまりボルトの締付け軸力を低減することができる。
【００２８】
ここで、上記実施形態では、燃焼室孔２側の端部を折り返すことで、基板１に板を積層して増厚部６，７を形成する場合を例示しているが、基板１に別の板を積層して溶接などで固定するなどによって上方若しくは下方に増厚するように、増厚部６，７を形成しても良い。基板１の燃焼室孔２周りの厚さが厚くなるように鍛造で形成しても良い。
【００２９】
また、隣り合う燃焼室孔２周りの各増厚部６，７の増厚方向を互い逆向きに設定し、かつ、隣接する燃焼室孔２の間である孔境界部Ｘにおいては、両燃焼室孔２の合成ビードを合流させて共通の一つの合成ビード１５にすると共にその孔境界部Ｘに位置する合成ビード１５の金属ビード１４ハーフビードとする上記構成は、全ての燃焼室孔２周りに適用しても良い。また、燃焼室孔２間のクリアランスが異なる場合には、燃焼室孔２のクリアランスが厳しい位置にのみ、本発明の構成を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る金属ガスケットを示す部分平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ′断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】図１におけるＣ−Ｃ′断面図である。
【図５】孔境界部の部分拡大図である。
【図６】孔境界部の別例の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  基板
２  燃焼室孔
３  ボルト孔
４  水孔
６，７  増厚部
６ａ、７ａ  幅広の接合部分（増厚部）
１０、１１  金属ビード
１２、１３  弾性シール材
１４  孔境界部位置の金属ビード
１５  共通の合成ビード
３０  金属ガスケット
Ｘ  孔境界部
Ｌ１    内周側シールライン
Ｌ２    外周側シールライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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